Mô hình được xây dựng đã thỏa mãn cả 2 yếu tố hoàn thành mô hình bay bốn cánh và truyền nhận ảnh không dây. Những chuyển động của mô hình được đo đạc thông qua bộ IMU (Intertial Measurement Unit, còn gọi là bộ đo lường quán tính) bao gồm con quay hồi chuyển và cảm biến độ nghiêng. Đưa về vi điều khiển thực hiện thuật toán điều khiển PID cho 4 động cơ thông qua phương pháp điều chế độ rộng xung PWM. Tín hiệu hình ảnh được lấy từ camera gắn trên mô hình, tín hiệu được truyền về máy tính bằng sóng RF thông qua bộ thu, phát FPV và thiết bị chuyển đổi tín hiệu Easy cap.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CHẾ TẠO, ỨNG DỤNG ROBOT BAY CÁNH QUADROTOR TRONG TRUYỀN NHẬN ẢNH KHÔNG DÂY SVTH : NGUYỄN TẤN SỸ DỖN ĐỨC HUY NGÀNH NIÊN KHĨA : CƠ ĐIỆN TỬ : 2013 – 2017 Tháng 06 năm 2017 CHẾ TẠO, ỨNG DỤNG ROBOT BAY CÁNH QUADROTOR TRONG TRUYỀN NHẬN ẢNH KHƠNG DÂY Tác giả NGUYỄN TẤN SỸ DỖN ĐỨC HUY Khóa luận tốt nghiệp đệ trình đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư ngành CƠ ĐIỆN TỬ Giáo viên hướng dẫn: T.S VƯƠNG THÀNH TIÊN Th.S NGUYỄN TẤN PHÚC Tháng 06 năm 2017 LỜI CẢM TẠ Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn trân trọng sâu sắc đến thầy Th.S Nguyễn Tấn Phúc thầy T.S Vương Thành Tiên – người tạo điều kiện tận tình hướng dẫn, góp ý, giúp đỡ, động viên chúng em suốt q trình nghiên cứu hồn thành đồ án Xin chân thành cảm ơn đến tất quý thầy thuộc Khoa khí cơng nghệ, Bộ mơn Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh, người trang bị cho chúng em kiến thức bản, nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ chúng em suốt khóa học vừa qua Và sau cùng, xin cảm ơn, chia sẻ niềm vui với gia đình, người thân, bạn bè tập thể lớp Cơ điện tử khóa 2013 – người ln bên, quan tâm giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để chúng tơi học tập, nghiên cứu để hồn thành đồ án tốt nghiệp Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2017 TÓM TẮT BÁO CÁO Đề tài nghiên cứu “Chế tạo, ứng dụng robot bay bốn cánh Quadrotor truyền nhận ảnh không dây” tiến hành Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, thời gian từ ngày 06 tháng 02 đến ngày 15 tháng 06 năm 2017 Thí nghiệm thực theo kiểu máy bay lên thẳng nâng bốn cánh quạt đặt khung hình chữ X Mơ hình xây dựng thỏa mãn yếu tố hồn thành mơ hình bay bốn cánh truyền nhận ảnh không dây Những chuyển động mơ hình đo đạc thơng qua IMU (Intertial Measurement Unit, gọi đo lường qn tính) bao gồm quay hồi chuyển cảm biến độ nghiêng Đưa vi điều khiển thực thuật toán điều khiển PID cho động thông qua phương pháp điều chế độ rộng xung PWM Tín hiệu hình ảnh lấy từ camera gắn mơ hình, tín hiệu truyền máy tính sóng RF thơng qua thu, phát FPV thiết bị chuyển đổi tín hiệu Easy cap MỤC LỤC Trang KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP .i LỜI CẢM TẠ iv TÓM TẮT BÁO CÁO v MỤC LỤC vi DANH MỤC HÌNH x DANH MỤC BẢNG xiii CÁC QUY ƯỚC LIÊN QUAN xiv Chương TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Nội dung đề tài 1.3 Phương pháp phương tiện nghiên cứu a Về phương pháp nghiên cứu: b Về phương tiện nghiên cứu: 1.4 Lịch sử nghiên cứu 1.4.1 Lịch sử phát triển máy bay quadrotor 1.4.2 Tình hình nghiên cứu nước ngồi .6 a Sản phẩm X-Pro Draganfly Innovations .6 b Sản phẩm AR.Drone hãng Parrot c Sản phẩm X4 H107C hãng Hubsan d Sản phẩm Syma X8HW – Máy bay Drone Flycam FPV HD .8 e Máy bay quay phim Flycam DJI Phantom 1.4.3 Tình hình nghiên cứu nước 10 a Mơ hình Quadrotor nhóm kỹ sư LÊ CÔNG DANH thực 10 b Chế tạo Quadrotor câu lạc mơ hình .11 c Nghiên cưu chế tạo Quadrotor trường Đại học 12 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 13 1.6 Kết dự kiến đạt 14 Chương .15 LÝ THUYẾT TIẾP CẬN 15 2.1 Lý thuyết điều khiển quadrotor 15 2.2 Gốc tọa độ đặt tâm Quadrotor .16 a Hover .16 b Throttle: 16 c Roll 17 d Pitch 17 e Yaw: .18 2.2 Mơ hình tốn học quadcopter .19 2.2.1 Động học .19 2.2.2 Động lực học 22 2.2.3 Mơ hình Newton – Euler 24 2.2.4 Khí động học 25 a Thuyết động lượng 26 b Thuyết cánh quạt 28 c Về hình dáng khí động học 31 2.3 Điều khiển động DC không chổi than (DLDC) .32 2.3.1 Giới thiệu động BLDC (Brushless DC) 32 2.3.2 Cấu tạo động BLDC 33 2.3.3 Điều khiển động BLDC 33 2.3.4 Lựa chọn loại động ESC cho mơ hình .37 2.3.2 Bộ điều khiển từ xa 40 2.3.3 Phần mềm giao tiếp 41 2.3.5 Pin Lithium Polymer 42 2.4 Bộ Camera, thu, phát hình ảnh FPV 44 2.4.1 Camera FPV 45 2.4.1.1 Thông số quan trọng Camera FPV .45 2.4.1.2 Camera FPV sử dụng mơ hình 47 2.4.2 Bộ thu, phát hình ảnh FPV 48 2.4.3 Easy cap 51 Chương .53 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 53 3.1 Vật liệu chế tạo .53 3.2 Phương pháp nghiên cứu 53 Chương .55 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .55 4.1 Sơ đồ khối tổng thể hệ thống 55 4.2 Thiết kế khí .56 4.3 Thiết kế hệ thống điện tử 58 4.3.1 Mạch điều khiển trung tâm APM .58 4.3.2 Xây dựng thuật toán điều khiển 61 4.3.3 Kết nối truyền hình ảnh FPV 63 4.4 Tính tốn lực nâng thời gian bay cho robot: 64 4.5 Tiến hành bay thực nghiệm: .65 4.6 Kiểm tra độ rung động quadrotor 65 4.7 Hiển thị lưu hình ảnh phần mềm matlab 66 4.7.1 Lưu video 66 4.7.2 Phát video trực tuyến 67 4.8 Tiến hành bay mơ hình, thử nghiệm FPV 68 Chương .66 KẾT LUẬN 66 5.1 Những kết đạt 66 5.2 Những kết chưa đạt 67 5.3 Hướng phát triển đề tài .67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC A 69 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Phân loại vật thể bay Hình 1.2 Breguet – Richet Gyroplane No.1 .4 Hình 1.3 Quadrotor Etienne Oemichen Hình 1.4 “Bạch tuộc bay” Hình 1.5 Convertawings Model A .5 Hình 1.6 Sản phẩm X-Pro Draganfly Innovations Hình 1.7 Sản phẩm AR.Drone hãng Parrot Hình 1.8 Sản phẩm X4 H107C hãng Hubsan Hình 1.9 Sản phẩm X8HW hãng Syma .8 Hình 1.10 Fly cam Phantom hãng DJI Hình 1.11 Ảnh chụp từ DJI Phantom 10 Hình 1.12 Mơ hình máy bay nghiệm thu Sở Khoa Học – Công Nghệ 11 Hình 1.13 Một máy bay động câu lạc mơ hình 11 Hình 1.14 Quadrotor nhóm sinh viên Cơ Điện Tử ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội .12 Hình 1.15 Robot tự hành kiểu Quadrotor Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự 13 Hình 2.1 Định hướng hướng chuyển động quadrotor 15 Hình 2.2 Hover 16 Hình 2.3 Throttle .16 Hình 2.4 Roll 17 Hình 2.5 Pitch 18 Hình 2.6 Yaw 18 Hình 2.7 Hệ quy chiếu E B 19 Hình 2.8 Các lực moment tác dụng lên Quadrotor 23 Hình 2.9 Mơ hình cánh quạt thuyết động lượng 27 Hình 2.10 Thuyết cánh quạt 29 Hình 2.11 Hình dáng khí động học cánh 31 Hình 2.12: Rotor động BLDC 33 Hình 2.13 Tín hiệu PWM điều khiển đưa vào ESC 34 Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý tạo dòng pha 35 Hình 2.15 Sơ đồ chuỗi xung 35 Hình 2.16 Sơ đồ mạch điện ESC dùng phương pháp cảm ứng BEMF36 Hình 2.17 Động X2212 – 13 – kv 980 II .37 Hình 2.18 Cánh quạt GF 10X5 1005 .38 Hình 2.19 ESC EMAX Simon Series 20A 39 Hình 2.20 Sơ đồ nối dây động BLDC ESC 40 Hình 2.21 Bộ điều khiển Devo .41 Hình 2.22 Giao diện phần mềm Mission planner 42 Hình 2.23 Đặc điểm pin Li – Po 43 Hình 2.24 Pin Lipo 3cell 5400mAh 43 Hình 2.25 Các thành phần hệ thống FPV 45 Hình 2.27 Camera mini Sony CCD 700TVL .47 Hình 2.28 Bộ thu, phát FPV .50 Hình 2.29 Tín hiệu sóng sin bình thường xoay ăng-ten 90 o .51 Hình 2.30 Easy cap USB Capture AV .51 10 URL https://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?2487358Building-a-cheap-quadcopter-tricopter [10] FPV System Setup Introduction URL http://www.fpvforme.com/fpv-system-setup-first/ [11] Câu lạc mơ hình, tháng 06/2017 URL http://www.clbmohinh.com/forum/default.aspx PHỤ LỤC A CODE LƯU VIDEO gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, 'gui_Singleton', gui_Singleton, 'gui_OpeningFcn', @untitled_OpeningFcn, 'gui_OutputFcn', @untitled_OutputFcn, 'gui_LayoutFcn', [] , 'gui_Callback', []); if nargin && ischar(varargin{1}) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); else gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); end % End initialization code - DO NOT EDIT % - Executes just before untitled is made visible function untitled_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) % This function has no output args, see OutputFcn % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % varargin command line arguments to untitled (see VARARGIN) % Choose default command line output for untitled % Update handles structure guidata(hObject, handles); % UIWAIT makes untitled wait for user response (see UIRESUME) % uiwait(handles.figure1); % - Outputs from this function are returned to the command line function varargout = untitled_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) % varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT); % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Get default command line output from handles structure varargout{1} = handles.output; function fps_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to fps (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of fps as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of fps as a double % - Executes during object creation, after setting all properties function fps_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to fps (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows % See ISPC and COMPUTER if ispc set(hObject,'BackgroundColor','white'); else set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundC olor')); end function trigger_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to trigger (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of trigger as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of trigger as a double % - Executes during object creation, after setting all properties function trigger_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to trigger (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows % See ISPC and COMPUTER if ispc set(hObject,'BackgroundColor','white'); else set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundC olor')); end function vdfilename_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to vdfilename (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of vdfilename as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of vdfilename as a double handles.vdFileName=get(hObject,'String'); handles.vdFileName1=char(handles.vdFileName); guidata(hObject,handles); % - Executes during object creation, after setting all properties function vdfilename_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to vdfilename (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows % See ISPC and COMPUTER if ispc set(hObject,'BackgroundColor','white'); else set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundC olor')); end % - Executes on button press in vdrecord function vdrecord_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to vdrecord (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) tic; fps= str2double(get(handles.fps,'String')); project_dir=get(handles.project_name,'String'); name_of_video=get(handles.vdfilename,'String'); vid = videoinput('winvideo',1, 'MJPG_640x480'); setappdata(handles.vdrecord,'vid',vid); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% mkdir(project_dir) % create folder with the date as name filename_string=strcat(project_dir,'/',name_of_video,'.avi'); % create filename string aviobj = VideoWriter(filename_string); % Create a |VideoWriter| object vid.DiskLogger = aviobj; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % aviobj=VideoWriter(name_of_video); aviobj.Quality = 50; aviobj.FrameRate = fps; % vid.DiskLogger = aviobj; vid.LoggingMode = 'disk'; vid.TriggerRepeat = Inf; vid.FramesPerTrigger = Inf; % triggerconfig(vid,'manual'); % triggerconfig(vid2,'manual'); % % preview(vid); % preview(vid2); start(vid); wait(vid,10000,'Logging') vid.Running; vid.Logging; vid.DiskLoggerFrameCount; while (vid.DiskLoggerFrameCount ~= vid.FramesAcquired) pause(1); end vid.DiskLoggerFrameCount; close(aviobj); delete(vid); elaspsed_time=toc; disp(elaspsed_time); % - Executes on button press in vdstop function vdstop_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to vdstop (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) video= getappdata(handles.vdrecord,'vid'); stop(video); guidata(hObject,handles); function project_name_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to project_name (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of project_name as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of project_name as a double % handles.project_name=get(hObject,'String'); % handles.project_name1=char(handles.project_name); % guidata(hObject,handles); % - Executes during object creation, after setting all properties function project_name_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to project_name (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows % See ISPC and COMPUTER if ispc set(hObject,'BackgroundColor','white'); else set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundC olor')); end % - Executes on button press in quit function quit_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to quit (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) close all close return % - Executes on button press in vdrecrod2 function vdrecrod2_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to vdrecrod2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) tic; fps= str2double(get(handles.fps,'String')); project_dir=get(handles.project_name,'String'); name_of_video=get(handles.vdfilename,'String'); vid = videoinput('winvideo',1, 'MJPG_640x480'); setappdata(handles.vdrecrod2,'vid2',vid); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% mkdir(project_dir) % create folder with the date as name filename_string=strcat(project_dir,'/',name_of_video); % create filename string setappdata(handles.vdrecrod2,'filename_string',filename_string); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% vid.LoggingMode = 'memory'; vid.TriggerRepeat = Inf; vid.FramesPerTrigger = Inf; start(vid); %preview(vid); elaspsed_time=toc; disp(elaspsed_time); % - Executes on button press in vdstop2 function vdstop2_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to vdstop2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) video2= getappdata(handles.vdrecrod2,'vid2'); stop(video2); video_data=getdata(video2); filename_string=getappdata(handles.vdrecrod2,'filename_string'); filename_string=strcat(filename_string,'.mat'); save(filename_string, 'video_data'); delete(video2); guidata(hObject,handles); PHỤ LỤC B CODE PHÁT VIDEO TRỰC TUYẾN gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, 'gui_Singleton', gui_Singleton, 'gui_OpeningFcn', @bay_OpeningFcn, 'gui_OutputFcn', @bay_OutputFcn, 'gui_LayoutFcn', [] , 'gui_Callback', []); if nargin && ischar(varargin{1}) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); else gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); end % End initialization code - DO NOT EDIT % - Executes just before bay is made visible function bay_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) % This function has no output args, see OutputFcn % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % varargin command line arguments to bay (see VARARGIN) % Choose default command line output for bay handles.output = hObject; axes(handles.axes1); vid=videoinput('winvideo',1); himage=image(zeros(176,144,3),'parent',handles.axes1); preview(vid,himage); % Update handles structure guidata(hObject, handles); % UIWAIT makes bay wait for user response (see UIRESUME) % uiwait(handles.figure1); % - Outputs from this function are returned to the command line function varargout = bay_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) % varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT); % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Get default command line output from handles structure varargout{1} = handles.output; ...CHẾ TẠO, ỨNG DỤNG ROBOT BAY CÁNH QUADROTOR TRONG TRUYỀN NHẬN ẢNH KHÔNG DÂY Tác giả NGUYỄN TẤN SỸ DỖN ĐỨC HUY Khóa luận tốt nghiệp đệ trình đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư ngành... tài: “ Chế tạo, ứng dụng robot bay cánh Quadrotor truyền nhận ảnh không dây 1.2 Nội dung đề tài Quadrotor đề tài đòi hỏi kiến thức tổng hợp nhiều lĩnh vực như: khí thiết kế, thiết bị bay, khí... tài Các vấn đề đề tài: - Chế tạo sử dụng robot bay cánh quadrotor - Tìm hiểu chụp ảnh gắn thiết bị bay - Tìm hiểu truyền nhận khơng dây tích hợp để truyền ảnh khơng dây từ robot máy tính 1.3 Phương